一种气流床煤粉加氢气化方法技术

本发明专利技术公开了一种气流床煤粉加氢气化方法，其包括如下步骤：(1)煤粉、氧气与加热后的氢气经喷嘴输入气化炉，在气化炉的反应段发生加氢气化反应，得到产物，产物包括半焦、合成气；(2)产物经气化炉的出口处降温后，半焦排出气化炉，合成气经除尘之后分成两股，占合成气摩尔分数为3％‑5％的一股作为输送煤粉的载气的一部分，剩余的另一股经降温及分离获得产品气和液态油品；喷嘴包括三个同轴通道，内部通道通入加热后的氢气，中间通道通入煤粉，外部通道通入氧气。本发明专利技术的气流床煤粉加氢气化方法热效率高、气化系统稳定性好以及产品质量较优，能够稳定实现煤粉的加氢气化过程，碳转化率高，产品气中CH4含量高。

A Method for Hydrogasification of Pulverized Coal in an Air-entrained Bed

The invention discloses an entrained-flow pulverized coal hydrogenation gasification method, which comprises the following steps: (1) pulverized coal, oxygen and heated hydrogen are injected into the gasifier through a nozzle, and hydrogenation gasification reaction occurs in the reaction section of the gasifier to obtain products, including semi-coke and syngas; (2) after the products are cooled at the outlet of the gasifier, semi-coke is discharged from the gasifier, and the syngas is divided into two parts after dust removal. Two strands, which account for 3%-5% of the molar fraction of syngas, are used as part of the carrier gas for conveying pulverized coal. The remaining strand is cooled and separated to obtain product gas and liquid oil. The nozzle consists of three coaxial channels, the internal channel is fed with heated hydrogen, the intermediate channel is fed with pulverized coal, and the external channel is fed with oxygen. The airflow pulverized coal hydrogasification method of the invention has high thermal efficiency, good stability of the gasification system and better product quality, can stably realize the process of pulverized coal hydrogasification, high carbon conversion rate and high CH4 content in the product gas.

【技术实现步骤摘要】
一种气流床煤粉加氢气化方法
本专利技术涉及煤气化领域，尤其涉及一种气流床煤粉加氢气化方法。
技术介绍
能源是社会发展和经济发展的支柱，在我国，煤炭作为储量最大并且利用量最多的能源对国民生活起着重大的作用。但是，煤炭的传统利用形势有着天然的缺陷，特别是对于环境的污染严重。而煤气化是一项相对清洁的煤炭利用技术，可以将煤炭转化为清洁燃料气，解决相应的环境污染和能源分布不均问题，对我国的经济发展有着重大的作用。常规两步法煤制天然气工艺路线较长，投资大，热效率低。为克服上述技术的不足，近年来，煤加氢气化技术受到越来越多的重视。中国专利申请CN102559310A中公布了一种用焦炉气等工业废气进行煤炭加氢气化制天然气等烃类的方法，该工艺中，原煤加热至300℃会发生热解产生焦油，容易发生堵塞，不利于输送，该工艺由于输入的热量不足以达到激发加氢气化反应温度，无法获得质量较优的产品和保证系统的稳定运行。因此，开发一种热效率高、气化系统稳定性好以及产品质量较优的气流床煤粉加氢气化方法是目前亟须解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中煤加氢气化方法工艺路线较长、投资大、热效率低、气化系统稳定性差以及产品质量较差的缺陷，提供一种热效率高、气化系统稳定性好以及产品质量较优的气流床煤粉加氢气化方法，该气流床煤粉加氢气化的方法，能够稳定实现煤粉的加氢气化过程，碳转化率高，产品气中CH4含量高。本专利技术提供了一种气流床煤粉加氢气化方法，其包括如下步骤：(1)煤粉、氧气与加热后的氢气经喷嘴输入气化炉，在所述气化炉的反应段发生加氢气化反应，得到产物，所述产物包括半焦和合成气；(2)所述产物经所述气化炉的出口处降温后，所述半焦排出所述气化炉，所述合成气经除尘之后分成两股，占所述合成气摩尔分数为3％-5％的一股作为输送所述煤粉的载气的一部分，剩余的另一股经降温及分离获得产品气和液态油品；其中，所述喷嘴包括三个同轴通道，所述喷嘴的内部通道通入所述加热后的氢气，所述喷嘴的中间通道通入煤粉，所述喷嘴的外部通道通入所述氧气。本专利技术中，所述载气中使用合成气作为部分载气具有特别好的效果。一方面，使用合成气中的热量加热载气，在整个过程两者均匀混合，有效换热面积和换热时间较长，换热效果更均匀，热效率更高。另一方面，通常认为，产物的存在会影响反应的进行，而本专利技术中，使用了常规的加氢气化反应温度在800℃-1000℃，且压力在2Mpa-10Mpa，且停留时间在15s-20s范围内时，反应体系中3％-5％的合成气对煤气化加氢反应平衡基本无影响。本专利技术中，所述氢气的加热步骤较佳地包括：在所述气化炉外部先对所述氢气进行一次加热，得到一次加热氢气；然后，在所述喷嘴处通过贫氧燃烧的方式对所述一次加热氢气进行二次加热，得到加热后的氢气。其中，所述一次加热按照本领域常规可通过换热器换热实现，较佳地为：所述氢气首先在气体换热器内与所述合成气进行换热，然后进入氢气加热炉进行换热，得到所述一次加热氢气。本专利技术中，所述载气及所述煤粉在进入所述喷嘴前较佳地为280℃-300℃，经所述喷嘴外部通道贫氧燃烧加热后较佳地为400℃以上，且进入所述气化炉的瞬间较佳地为700℃以上。本专利技术中，所述气流床煤粉加氢气化方法中各原料用量可为本领域常规，所述氢气与煤粉的摩尔质量比较佳地为(100-110)：1，单位为mol/kg，如煤粉质量为1t/h时，合成气总量约为36.1kmol/h，此时的氢气用量为107.2kmol/h。本专利技术中，所述气化炉中的反应压力与反应温度为本领域常规，所述气化炉的反应压力较佳地为2MPa-10MPa，反应温度较佳地为800℃-1000℃。本专利技术中，所述煤粉在所述气化炉的中停留时间可为本领域常规，较佳地为15s-20s。本专利技术中，所述反应段出口处降温方式为本领域常规，较佳地为激冷冷却。本专利技术中，所述载气较佳地还包括氢气，所述氢气在使用时按照本领域常规一般为高压氢气。本专利技术中，所述煤粉的各项指标为本领域常规煤粉加氢气化的煤粉，所述的煤粉的粒径较佳地为125um-180um，所述煤粉的含水量较佳地小于12％。本专利技术中，所述气化炉的出口处降温按照本领域常规以折流方式实现所述合成气与所述半焦初步分离，所述半焦经半焦收集段进行收集并排出所述气化炉，所述合成气经所述半焦收集段从气体溢出段排出所述气化炉。其中，所述半焦收集段还可与一灰水处理单元相连通，用于维持所述半焦收集段中的液位，通过调节水流量和温度，可起到调节所述半焦、所述产品气和所述液态油品中各组分的含量。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术所用试剂和原料均市售可得。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术的气流床煤粉加氢气化方法热效率高、气化系统稳定性好以及产品质量较优，能够稳定实现煤粉的加氢气化过程，碳转化率高，产品气中CH4含量高。附图说明图1为本专利技术实施例的气流床煤粉加氢气化方法的工艺流程示意图。附图标记说明：原煤制粉单元1密相输送单元2氧气输送单元3喷嘴4气化炉5：反应段51下降管511气体溢出段52半焦收集段53冷却室531半焦沉积段532半焦冷却器6锁斗7灰水处理单元8旋风分离器9换热器10气体换热器11冷却分离单元12氢气加热炉13原料煤F1密相输送原料气F2氧气F3补给氢气F4补给冷却水F5进水F6加压蒸汽F7半焦F8产品气F9液态油品F10分离所得氢气F11具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。实施例1如图1所示，本专利技术提供一种气流床煤粉加氢气化方法，其包括如下步骤：(1)煤粉、氧气与加热后的氢气经喷嘴4输入气化炉5，在所述气化炉5的反应段51发生加氢气化反应，得到产物，所述产物包括半焦、合成气；(2)所述产物经所述气化炉5的出口处降温后，所述半焦排出所述气化炉5，所述合成气经除尘之后分成两股，占所述合成气摩尔分数为3％-5％的一股作为输送所述煤粉的载气的一部分，剩余的另一股经降温及分离获得产品气和液态油品；其中，所述喷嘴4包括三个同轴通道，所述喷嘴4的内部通道通入所述加热后的氢气，所述喷嘴4的中间通道通入煤粉，所述喷嘴4的外部通道通入所述氧气。半焦经气化炉5的下降管511进入冷却室531，进行初步冷却后，经半焦收集段53，汇集于半焦沉积段532，然后进入半焦冷却器6进行二次冷却，经二次冷却后的半焦进入锁斗7中，被进一步冷却和粉碎得到半焦产品。合成气经气化炉5的下降管511，以折流方式与半焦初步分离，进入冷却室531，经气体溢出段52，进入旋风分离器9进行除尘，获得少量半焦，然后少量半焦经换热器10降温后排出，经除尘后的合成气分成两股，占所述合成气摩尔分数为3％-5％的一股作为输送所述煤粉的载气的一部分，剩余的另一股进入气体换热器11进行冷却后，进入冷却分离单元12，进一步冷却至室温，获得氢气、产品气和液态油品。分离所得氢气F11和补给氢气F4经气体换热器11升温后进入氢气加热炉13进行初步加热，并在喷嘴4中通过贫氧燃烧的方式进行二次加热产生加热后的氢气，温度提高至900℃；然后与从喷嘴4的内部通道进入的煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气流床煤粉加氢气化方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)煤粉、氧气与加热后的氢气经喷嘴输入气化炉，在所述气化炉的反应段发生加氢气化反应，得到产物，所述产物包括半焦、合成气；(2)所述产物经所述气化炉的出口处降温后，所述半焦排出所述气化炉，所述合成气经除尘之后分成两股，占所述合成气摩尔分数为3％‑5％的一股作为输送所述煤粉的载气的一部分，剩余的另一股经降温及分离获得产品气和液态油品；其中，所述喷嘴包括三个同轴通道，所述喷嘴的内部通道通入所述加热后的氢气，所述喷嘴的中间通道通入煤粉，所述喷嘴的外部通道通入所述氧气。

【技术特征摘要】
1.一种气流床煤粉加氢气化方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)煤粉、氧气与加热后的氢气经喷嘴输入气化炉，在所述气化炉的反应段发生加氢气化反应，得到产物，所述产物包括半焦、合成气；(2)所述产物经所述气化炉的出口处降温后，所述半焦排出所述气化炉，所述合成气经除尘之后分成两股，占所述合成气摩尔分数为3％-5％的一股作为输送所述煤粉的载气的一部分，剩余的另一股经降温及分离获得产品气和液态油品；其中，所述喷嘴包括三个同轴通道，所述喷嘴的内部通道通入所述加热后的氢气，所述喷嘴的中间通道通入煤粉，所述喷嘴的外部通道通入所述氧气。2.如权利要求1所述的气流床煤粉加氢气化方法，其特征在于，所述氢气的加热步骤包括：在所述气化炉外部先对所述氢气进行一次加热，得到一次加热氢气；然后，在所述喷嘴处通过贫氧燃烧的方式对所述一次加热氢气进行二次加热，得到加热后的氢气。3.如权利要求1所述的气流床煤粉加氢气化方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴军，刘海峰，孙志刚，郭强，于广锁，王辅臣，刘建兵，丁天才，王显炎，张金刚，蒋超，姚奎，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，华东理工大学，中石化宁波技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11